JP3060689B2 - 直噴式火花点火機関 - Google Patents

直噴式火花点火機関

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JP3060689B2
JP3060689B2 JP4017739A JP1773992A JP3060689B2 JP 3060689 B2 JP3060689 B2 JP 3060689B2 JP 4017739 A JP4017739 A JP 4017739A JP 1773992 A JP1773992 A JP 1773992A JP 3060689 B2 JP3060689 B2 JP 3060689B2
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fuel
valve
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輝行 伊東
浩子 小木田
勉 中田
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Nissan Motor Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/14Direct injection into combustion chamber
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、直噴式火花点火機関の
改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術およびその課題】吸気管に気化器や燃料噴
射弁を備える予混合式の火花点火機関では、とくに過渡
的運転時などに燃料の輸送遅れの問題があり、これを解
決するために、燃焼室に燃料噴射弁を臨ませる直噴式火
花点火機関が考えられている。
【0003】この直噴式火花点火機関として、従来例え
ば特開昭57−62915号公報に開示されたものは、
吸気行程中に燃焼室に燃料を噴射するとともに、燃焼室
に吸気スワールを生起して燃料と空気の混合を促進する
ようになっていた。
【0004】燃料と空気の均一混合化は燃焼の安定に寄
与するが、超希薄混合気による燃焼の場合、このような
均一混合式では点火栓による円滑な点火が非常に難しく
なる。着火性能を安定させるには点火栓近傍の空燃比を
濃くする混合気の成層化が有効であるが、このように吸
気行程から燃料と空気が混合される機関にあっては、点
火栓の近傍に燃料を集めることが難しく、理論空燃比よ
りかなり薄い混合気で超希薄燃焼させる場合に、安定し
た着火性能が得られないという問題点があった。
【0005】本発明は上記の問題点に着目し、希薄燃焼
を可能とする直噴式火花点火機関を提供することを目的
とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、燃焼室に点火
栓と燃焼噴射弁を臨ませる直噴式火花点火機関におい
て、燃焼室天井壁の中央部に点火栓を設け、前記点火栓
を挟んで複数の吸気弁と複数の排気弁を設け、前記吸気
弁と排気弁の間でかつ燃焼室天井壁の外周部に圧縮行程
で燃料を噴射する燃料噴射弁の噴口を臨ませ、かつ噴射
燃料噴霧が前記点火栓を避けて前記排気弁の方向に進行
するように噴口の向きを設定するとともに前記燃料噴
射弁の噴口に近い側の吸気ポートに前記噴射燃料噴霧と
対向しない方向の吸気スワールを燃焼室内に生起する手
段を設け、隣り合う二つの気筒を一つのグループとして
区分し、そのシリンダ列方向の中間位置に各気筒用の燃
料噴射弁をシリンダ軸に対して略平行に配置した。
【0007】
【0008】
【作用】圧縮行程中に各噴口から噴射された燃料噴霧は
点火栓を避けて各排気弁の方向へと吸気スワールに沿っ
て拡散し、各排気弁のバルブフェイス部に当たる。
【0009】排気弁のバルブフェイス部は燃焼ガスにさ
らされて比較的高温となるため、バルブフェイス部に当
たる燃料の微粒化および気化が促進され、排気弁から点
火栓の近傍にかけて燃料の多くが分布する混合気の成層
化を実現する。燃料噴射が圧縮行程にあるため、この混
合気の成層状態は点火時にも維持され、燃焼室にスワー
ルを生起することにより、火炎の伝播速度を高めてより
一層安定した希薄燃焼を実現することができる。これに
より、混合気を希薄化したときにも安定した着火性能が
確保され、燃費の低減、エミッションの低減、高出力化
がはかれる。
【0010】燃焼室の点火栓から遠い領域では、空燃比
が超希薄となり、ノッキングに至る自己発火反応が抑制
され、その結果として圧縮比を上げて、熱効率、出力の
向上がはかれる。
【0011】また、燃料噴射弁は隣り合った2つの気筒
の間に配設されることにより、燃料噴射弁に燃料を導く
燃料配管の共通化など構造を簡素化することができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明を4ストローク機関に適用した
実施例を添付図面に基づいて説明する。
【0013】図1、図2に示すように、シリンダヘッド
1に形成される各燃焼室天井壁11の中央部に点火栓8
が臨み、点火栓8および気筒列中心線Oを挟むようにし
て2本の吸気弁9と2本の排気弁10が互いに対向して
設けられる。
【0014】燃料噴射弁3は燃焼室天井壁11に対して
ほぼ垂直に配置され、対向する一対の吸気弁9と排気弁
10の側方であってかつ、これら吸気弁9と排気弁10
の間の燃焼室5の外周部に臨んでいる。
【0015】ただし燃料噴射弁3の噴口4は各排気弁1
0に向けて形成される。すなわち、図1の燃焼室平面上
で、各噴口4の中心線は気筒列中心線Oに対して所定角
度で傾斜し、かつ各噴口4からの燃料噴霧を点火栓8を
避けて一方の排気弁10のバルブフェイス部10aに向
けて拡散させるように設定する。
【0016】燃料噴射弁3の燃料噴射時期は圧縮行程中
で燃料噴射圧が燃焼室5の圧力より高いときに設定され
る。
【0017】図3にも示すように、並んで設けられ4つ
の気筒♯1、♯2、♯3、♯4のうち、♯1気筒に備え
られる燃料噴射弁3と♯2気筒に備えられる燃料噴射弁
3が燃焼室隔壁21を挟んで互いに近接して設けられ、
図示しない♯3気筒に備えられる燃料噴射弁3と♯4気
筒に備えられる燃料噴射弁3が同じく燃焼室隔壁21を
挟んで互いに近接して設けられる。したがって、♯1気
筒と♯2気筒、♯3気筒と♯4気筒の各燃焼室5はそれ
ぞれ互いに対称的に設けられる。なお、図3において、
21は吸気マニホールド、22はスロットルバルブであ
る。
【0018】近接して設けられる2つの燃料噴射弁3は
集合管部15を介して燃料ギャラリ16に連通される。
燃料ギャラリ16は気筒列方向に沿ってロッカカバー2
0の上方に配設され、燃料ギャラリ16から導かれる加
圧燃料は一つの集合管部15から♯1、♯2気筒の各燃
料噴射弁3に分流し、他の集合管部15から♯3、♯4
気筒の各燃料噴射弁3に分流する。
【0019】燃焼室5にスワールを生起する手段とし
て、シリンダヘッド内でサイアミーズ形に分岐する両吸
気ポート6を開閉するスワールコントロールバルブ7が
設けられる。
【0020】スワールコントロールバルブ7は吸気ポー
ト6の分岐部6aの直上流側に設けられ、燃料噴射弁3
に近い片方の吸気ポート6に対峙する切欠き7aが形成
され、スワールコントロールバルブ7が閉位置にあると
きに、吸気のほとんどが図1に矢印Sで示すように切欠
き7aから片方の吸気ポート6を通して燃焼室5に吸入
されることにより、燃焼室5にスワールが生起される。
【0021】各燃料噴射弁3の噴口4から噴射される燃
料噴霧の噴射方向は燃焼室5に生起されるスワールと対
向しないように同一方向に設定される。図1において、
♯1気筒では右まわりのスワールが生起されるのに合わ
せ、噴口4からの燃料噴霧も右まわりに旋回するように
噴射される。♯2気筒では左まわりのスワールが生起さ
れ、噴口4からの燃料噴霧も左まわりに旋回するように
噴射される。
【0022】スワールコントロールバルブ7は回転軸C
を中心に図示しない駆動装置によって回転し、部分負荷
運転時に全閉し、高負荷運転時に全開するようになって
いる。
【0023】次に、作用について説明する。
【0024】部分負荷運転時にスワールコントロールバ
ルブ7が閉じられ、燃焼室5内には吸気スワールが生起
される。
【0025】圧縮行程中に燃料噴射弁3から噴射された
燃料噴霧は、点火栓8を避けて各排気弁10の方に吸気
スワールに沿って進み、各排気弁10のバルブフェイス
部10aに当たる。
【0026】燃料噴霧が点火栓8に直接的に当たらない
ため、燃料かぶりが防止され、点火栓8の良好な発火作
用を維持できる。
【0027】各排気弁10のバルブフェイス部10aは
他の燃焼室天井壁11より高温となっているため、バル
ブフェイス部10aに衝突する燃料の微粒化および気化
が促進される。
【0028】燃料噴射方向がスワールの旋回方向に対向
しないように設定されることにより、排気弁10から点
火栓8の近傍にかけて燃料の多くが分布する混合気の成
層化を実現する。これに対して、燃料噴射方向がスワー
ルの旋回方向に対向する場合、スワールにより燃料噴霧
が広域に拡散してしまい、燃焼室中央の点火栓8の近傍
に濃混合気層をつくることができないのである。
【0029】点火栓8の付近に形成された濃混合気層
は、燃料の噴射が圧縮行程で行われ、その後の点火まで
の行程でピストン2の上昇により燃焼室天井壁11に向
けて押し込められるため、濃混合気層が拡散せず、点火
栓8の近傍に良好な着火雰囲気を生成維持することがで
きる。
【0030】この結果、理論空燃比よりかなり薄い混合
比で希薄燃焼させる場合にも、点火栓8の近傍を燃焼室
5の平均空燃比より濃くでき、点火により確実に着火さ
せ、初期火炎核を生成させる。一方、燃焼室5の全体で
は、スワールにより着火後の燃焼火炎の伝播速度が高め
られるため、安定した希薄燃焼を実現し、燃費の低減、
エミッションの低減、高出力化がはかれる。
【0031】スワールコントロールバルブ7が開かれる
高負荷運転時は、各吸気ポート6から均等に吸気が導か
れ、燃焼室5にスワールは生起されないが、燃料噴射量
が増大するため、十分な着火性能が維持される。
【0032】燃料噴射弁3を吸気弁9と排気弁10の間
でかつ燃焼室5の外周部に垂直に設けることにより、各
燃料噴射弁3は気筒列中心線O上に配置され、隣り合っ
た2つの気筒に備えられる各燃料噴射弁3を互いに近接
させることが可能となる。この結果、互いに近接して設
けられる2つの燃料噴射弁3どうしは集合管部15を介
して共通の燃料ギャラリ16に連通でき、また燃料ギャ
ラリ16は気筒列方向に沿ってロッカカバー20の上方
に配設され、これらにより配管の簡略化がはかれる。
【0033】次に、図4に示す他の実施例は、隣り合う
2つの気筒に共通の燃料噴射弁30を設け、一つの燃料
噴射弁30から2つの気筒に燃料を所定のタイミングで
噴射供給するものである。直列4気筒機関では、燃料噴
射弁30が♯1気筒と♯2気筒の間と、♯3気筒と♯4
気筒の間にそれぞれ設けられる。
【0034】図5にも示すように、燃料噴射弁30は中
空筒形のノズルボディ31に2つの噴口32を有し、各
噴口32はシリンダヘッド1の燃焼室隔壁21に形成さ
れた各通孔22を介して各燃焼室5に連通する。
【0035】ノズルボディ31には弁体33が摺動可能
に収装され、弁体33は入口34と環状間隙35を介し
て加圧燃料が導かれる軸孔36が形成され、軸孔36か
ら第一ポート37と第二ポート38が分岐している。
【0036】弁体33の上部に形成されたアーマチャ4
0が電磁コイル39の励磁力によりスプリング34に抗
して摺動し、図6に示すように♯1気筒に臨む噴口32
と第一ポート37が連通することにより、加圧燃料が噴
口32と通孔22を介して♯1気筒の燃焼室5に噴射供
給される。電磁コイル39の励磁電流を増加させると、
さらに弁体33が摺動し、図7に示すように♯2気筒に
臨む噴口32と第二ポート38が連通することにより、
加圧燃料が噴口32と通孔22を介してこんどは♯1気
筒の燃焼室5に噴射供給される。このとき、第一ポート
37は遮断され、♯1気筒に対する噴射は停止する。電
磁コイル39に対する通電は、運転条件(クランク角)
を検出しながら、図示しないコントローラによって制御
され、各気筒の圧縮行程で第一、第二ポート37,38
がそれぞれ噴口32と連通するようになっている。
【0037】図8に示すように、この4気筒機関にあっ
ては♯1、♯3、♯4、♯2気筒の点火順序に従って迎
える圧縮行程の前半で燃料噴射が行われる。
【0038】
【発明の効果】以上説明したように本発明は、直噴式火
花点火機関において、燃焼室天井壁の中央部に点火栓を
設け、前記点火栓を挟んで複数の吸気弁と複数の排気弁
を設け、前記吸気弁と排気弁の間でかつ燃焼室天井壁
外周部に圧縮行程で燃料を噴射する燃料噴射弁の噴口を
臨ませ、かつ噴射燃料噴霧が前記点火栓を避けて前記排
気弁の方向に進行するように噴口の向きを設定するとと
もに前記燃料噴射弁の噴口に近い側の吸気ポートに
記噴射燃料噴霧と対向しない方向の吸気スワールを燃焼
室内に生起する手段を設け、隣り合う二つの気筒を一つ
のグループとして区分し、そのシリンダ列方向の中間位
置に各気筒用の燃料噴射弁をシリンダ軸に対して略平行
に配置したため、点火直前の点火栓の近傍に燃料を集
め、希薄混合気であっても成層化による安定した着火を
確保し、同時に部分負荷時などスワールを生起すること
で火炎伝播速度を高め、これらが相まって希薄燃焼の安
定性を向上させられ、燃費や排気エミッションを改善す
ることができる。
【0039】また、燃料噴射弁は隣り合った2つの気筒
の間に配設されるため、燃料噴射弁に燃料を導く燃料配
管の共通化など構造を簡素化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す燃焼室天井壁の平面図で
ある。
【図2】同じく横断面図である。
【図3】機関の平面図である。
【図4】他の実施例を示す機関の横断面図である。
【図5】同じく燃料噴射弁の断面図である。
【図6】同じく燃料噴射弁の作動状態を示す断面図であ
る。
【図7】同じく燃料噴射弁の作動状態を示す断面図であ
る。
【図8】燃料噴射時期等を示す図である。
【符号の説明】
3 燃料噴射弁 4 噴口 5 燃焼室 7 スワールコントロールバルブ 8 点火栓 9 吸気弁 10 排気弁 10a バルブフェイス部 11 燃焼室天井壁
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−215817(JP,A) 特開 昭51−13009(JP,A) 実開 平1−113127(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02B 23/10 F02B 31/02 F02M 61/14

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 燃焼室に点火栓と燃焼噴射弁を臨ませる
    直噴式火花点火機関において、 燃焼室天井壁の中央部に点火栓を設け、 前記点火栓を挟んで複数の吸気弁と複数の排気弁を設
    け、 前記吸気弁と排気弁の間でかつ燃焼室天井壁の外周部に
    圧縮行程で燃料を噴射する燃料噴射弁の噴口を臨ませ、 かつ噴射燃料噴霧が前記点火栓を避けて前記排気弁の方
    向に進行するように噴口の向きを設定するとともに前記燃料噴射弁の噴口に近い側の吸気ポートに 前記噴射
    燃料噴霧と対向しない方向の吸気スワールを燃焼室内に
    生起する手段を設け、隣り合う二つの気筒を一つのグループとして区分し、そ
    のシリンダ列方向の中間位置に各気筒用の燃料噴射弁を
    シリンダ軸に対して略平行に配置した ことを特徴とする
    直噴式火花点火機関。
JP4017739A 1992-02-03 1992-02-03 直噴式火花点火機関 Expired - Lifetime JP3060689B2 (ja)

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